20.3电磁铁 电磁继电器 教学设计-2025-2026学年人教版九年级物理全一册

该初中物理教学设计聚焦电磁铁与电磁继电器，涵盖组成、原理、磁性强弱影响因素及应用。通过自动饮水机等生活情景导入，关联旧知“电生磁”，提出核心议题，搭建新旧知识桥梁。 以实验探究为主线，电磁铁磁性强弱探究用控制变量法和转换法培养科学思维，电磁继电器实验连接电路提升科学探究能力，联系生活应用强化科学态度与责任。助力学生提升探究与逻辑思维，为教师提供完整教学流程与巩固练习。

20.3电磁铁电磁继电器教案 一、核心素养目标 1物理观念：认识电磁铁的组成与工作原理，理解电磁铁磁性强弱的影响因素；掌握电磁继电器的结构与工作机制，建立电生磁应用的完整认知，明确电磁铁在生活科技中的价值。 2科学思维：通过实验现象推理电磁铁磁性强弱的影响因素，分析电磁继电器的工作逻辑，培养逻辑推理与系统思维能力。 3科学探究与创新意识：经历电磁铁磁性强弱探究、电磁继电器工作原理探究的过程，提升观察、操作、分析归纳的探究能力，激发创新应用思考。 4科学态度与责任：了解电磁铁和电磁继电器在自动控制、安全用电等领域的应用，认识物理知识的实用价值，增强科学探究的责任意识与技术应用意识。 二、教学重难点 1重点：电磁铁的组成、工作原理及磁性强弱的影响因素；电磁继电器的结构、工作原理及应用。 2难点：理解电磁铁磁性强弱与电流大小、线圈匝数、有无铁芯的内在关联；厘清电磁继电器控制电路与工作电路的区分及联动逻辑；运用电磁铁和电磁继电器的原理分析实际应用场景。 三、教学过程 （一）议题导入：创设情景，提出核心议题 呈现情景：自动饮水机在水位过低时能自动加水，水位达标后自动停止；工厂的高压电路维修时，工人可通过低压开关控制高压电路的通断；家用洗衣机的进水、洗涤、排水等程序自动切换，这些自动化设备的核心控制部件都离不开电磁铁和电磁继电器。它们能实现“以弱控强”“以小控大”，让电路控制更安全、更智能。 师生互动：1引导学生观察身边的自动化设备，思考其控制环节可能用到的物理原理；2小组讨论：这些设备如何实现自动控制？为什么能通过低压控制高压、弱小电流控制强大电流？3教师梳理学生疑问，提出核心议题：什么是电磁铁？电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关？电磁继电器如何工作并实现自动控制？ 设计意图：通过生活中典型的自动化控制情景，唤醒学生的探究兴趣，搭建新旧知识（电生磁）的桥梁，明确本节课的探究方向，为议题式教学的展开奠定基础。 （二）实验探究一：认识电磁铁，探究其磁性强弱的影响因素——突破重难点 1概念建构：电磁铁的组成与工作原理 师生互动： （1）回顾旧知：引导学生回忆通电螺线管的磁场特点，提出问题：如何让通电螺线管的磁性更强、应用更灵活？ （2）概念讲解：教师明确：在通电螺线管中插入铁芯，就构成了电磁铁；电磁铁的工作原理是电流的磁效应，且铁芯被磁化后会增强螺线管的磁场； （3）核心特点：引导学生总结：电磁铁的磁性有无可由电流的通断控制，磁性强弱可调节，磁极方向可由电流方向控制，这是其区别于永磁体的显著优势。 2实验探究：电磁铁磁性强弱的影响因素 实验准备：每组配备干电池组、开关、导线、不同匝数的螺线管（可插入铁芯）、滑动变阻器、大头针、弹簧测力计等器材。 探究任务：探究电磁铁磁性强弱与电流大小、线圈匝数、有无铁芯的关系 师生互动： （1）提出猜想：引导学生结合已有知识猜想：电磁铁磁性强弱可能与电流大小（电流越大，磁性越强）、线圈匝数（匝数越多，磁性越强）、有无铁芯（有铁芯时磁性更强）有关； （2）方法确定：讲解控制变量法的应用——探究某一因素时，控制其他因素不变；明确磁性强弱的判断方法——通过电磁铁吸引大头针的数量多少，或用弹簧测力计测量吸引大头针的最大拉力大小来反映（转换法）； （3）分组实验： ①探究与有无铁芯的关系：控制线圈匝数、电流大小不变，分别将螺线管无铁芯和插入铁芯时通电，观察吸引大头针的数量； ②探究与线圈匝数的关系：控制电流大小、有无铁芯不变，更换不同匝数的螺线管通电，观察吸引大头针的数量； ③探究与电流大小的关系：控制线圈匝数、有无铁芯不变，通过滑动变阻器改变电路中的电流（滑片移动改变电阻），观察不同电流下吸引大头针的数量； （4）现象分享：各小组汇报实验现象，教师引导总结： ①有铁芯时电磁铁吸引的大头针更多，说明在电流大小和线圈匝数相同时，有铁芯的电磁铁磁性更强； ②线圈匝数越多，吸引的大头针越多，说明在电流大小和有无铁芯相同时，线圈匝数越多，电磁铁磁性越强； ③滑动变阻器滑片移动使电流增大时，吸引的大头针更多，说明在线圈匝数和有无铁芯相同时，电流越大，电磁铁磁性越强； （5）结论梳理：电磁铁的磁性强弱与电流大小、线圈匝数、有无铁芯有关；电流越大、线圈匝数越多、有铁芯时，电磁铁磁性越强。 （三）实验探究二：认识电磁继电器，探究其工作原理与应用——突破重难点 1电磁继电器的结构认知 师生互动： （1）实物展示：出示电磁继电器实物和结构图，引导学生观察并识别各组成部分：电磁铁、衔铁、弹簧、动触点、静触点； （2）电路区分：讲解电磁继电器包含两个独立电路——控制电路和工作电路；控制电路由电磁铁、电源、开关组成（通常为低压、弱电流电路）；工作电路由用电器、电源、继电器触点组成（通常为高压、强电流电路）。 2实验探究：电磁继电器的工作原理 实验准备：每组配备电磁继电器、低压电源（控制电路用）、高压电源（工作电路用，可用学生电源高压挡模拟）、小灯泡、开关、导线等器材。 师生互动： （1）电路连接：引导学生分组连接电路——控制电路：低压电源、开关、电磁继电器的电磁铁线圈串联；工作电路：高压电源、小灯泡、电磁继电器的动触点和静触点串联； （2）分组实验： ①闭合控制电路开关，观察电磁继电器的衔铁、弹簧变化及工作电路中小灯泡的亮灭情况； ②断开控制电路开关，再次观察上述现象； （3）原理总结： ①闭合控制电路开关：控制电路中有电流，电磁铁产生磁性，吸引衔铁，衔铁带动动触点与静触点接触，工作电路接通，小灯泡发光； ②断开控制电路开关：控制电路中无电流，电磁铁失去磁性，弹簧拉动衔铁复位，动触点与静触点分离，工作电路断开，小灯泡熄灭； （4）核心优势：引导学生总结：电磁继电器的核心优势是“以弱控强”“以小控大”，可实现低压电路控制高压电路，弱小电流控制强大电流，保障操作人员的安全；同时可实现自动控制和远距离控制。 3电磁继电器的应用拓展 师生互动： （1）回归导入情景：结合自动饮水机、高压电路控制、洗衣机程序控制等情景，分析电磁继电器在其中的作用——以自动饮水机为例，水位过低时，浮标带动开关闭合控制电路，电磁铁吸合衔铁，工作电路接通加水；水位达标时，浮标带动开关断开控制电路，电磁铁失磁，工作电路断开停止加水； （2）小组讨论：列举生活中其他应用电磁继电器的场景（如汽车启动电路、自动灭火装置、电梯控制电路等），分析其工作逻辑； （3）教师总结：电磁继电器是电磁铁应用的典型代表，其本质是利用电磁铁控制工作电路通断的开关，广泛应用于自动控制、安全用电等领域。 （四）议题总结：梳理核心知识体系 师生互动： 1引导学生围绕核心议题，梳理本节课的核心知识，教师提炼关键词并强化： （1）电磁铁：组成（螺线管+铁芯）、原理（电流的磁效应）、磁性强弱影响因素（电流大小、线圈匝数、有无铁芯）、特点（磁性可控制、强弱可调节、磁极可改变）； （2）电磁继电器：结构（电磁铁、衔铁、弹簧、触点）、电路（控制电路、工作电路）、原理（利用电磁铁控制工作电路通断）、优势（以弱控强、安全、自动控制）； （3）知识关联：电磁铁是电磁继电器的核心部件，电磁继电器是电磁铁应用的延伸，两者均基于电流的磁效应，实现了电生磁规律的实际应用。 2价值升华：引导学生认识到，从电流的磁效应到电磁铁，再到电磁继电器，是物理规律从发现到应用、从基础到复杂的发展过程，体现了物理知识服务于人类生产生活的价值。 （五）重点知识归纳概括 1电磁铁： （1）组成：由通电螺线管和插入其中的铁芯组成；铁芯通常为软磁性材料（磁化后磁性易消失），保证磁性随电流通断及时变化； （2）工作原理：利用电流的磁效应，铁芯被磁化后增强螺线管的磁场； （3）磁性强弱影响因素：①电流大小：其他条件相同时，电流越大，磁性越强；②线圈匝数：其他条件相同时，匝数越多，磁性越强；③有无铁芯：其他条件相同时，有铁芯比无铁芯磁性强； （4）核心特点：①磁性有无由电流通断控制；②磁性强弱由电流大小和线圈匝数调节；③磁极方向由电流方向决定； （5）基础应用：电磁起重机、电磁铁门铃、磁悬浮列车等。 2电磁继电器： （1）核心结构：电磁铁、衔铁、复位弹簧、动触点、静触点； （2）电路组成：①控制电路：低压电源、开关、电磁铁线圈（弱电流、低电压）；②工作电路：高压电源、用电器、触点（强电流、高电压）； （3）工作原理：通过控制电路中电流的通断，改变电磁铁的磁性有无，进而控制衔铁的运动，实现工作电路触点的通断，最终控制工作电路的通断； （4）核心优势：以弱控强、以小控大，保障操作安全；可实现自动控制、远距离控制； （5）典型应用：自动饮水机水位控制、高压电路控制、洗衣机程序控制、自动灭火装置、汽车启动电路等。 3知识脉络：电流的磁效应→电磁铁（磁性可控）→电磁继电器（控制电路通断）→自动控制、安全用电等实际应用。 （六）练习巩固 某科技小组开展电磁铁与电磁继电器探究实验，实验过程如下：第一阶段探究电磁铁磁性强弱的影响因素，选用相同铁芯、不同匝数的螺线管，搭配滑动变阻器、低压电源、开关和大头针进行实验，记录不同条件下吸引大头针的数量；第二阶段探究电磁继电器的工作原理，连接控制电路（低压电源、开关、电磁继电器线圈）和工作电路（高压电源、小灯泡、继电器触点），观察开关通断时的现象。实验中发现：线圈匝数越多、电流越大，吸引的大头针越多；插入铁芯后，吸引的大头针数量显著增加；闭合控制电路开关，小灯泡发光，断开则熄灭。结合该实验情景及生活中的相关应用，完成下列题目。 1关于该实验中电磁铁的组成与工作原理，下列说法正确的是【】 A电磁铁由螺线管和永磁体组成 B电磁铁的工作原理是电磁感应现象 C电磁铁的磁性随电流的通断而变化 D铁芯采用硬磁性材料，能长期保持磁性 2实验中“线圈匝数越多，吸引的大头针越多”，这一现象表明【】 A电磁铁磁性强弱与线圈匝数无关 B其他条件相同时，线圈匝数越多，磁性越强 C线圈匝数越多，电路中的电流越大 D大头针的数量越多，电磁铁磁性越弱 3关于滑动变阻器在探究电磁铁磁性强弱实验中的作用，下列说法正确的是【】 A改变线圈的匝数 B改变电路中的电流大小 C改变铁芯的有无 D保护控制电路，防止短路 4关于电磁继电器的电路组成与工作逻辑，下列说法正确的是【】 A控制电路和工作电路共用一个电源 B控制电路中必须包含用电器 C电磁铁在控制电路中，用于控制衔铁运动 D工作电路的通断由手动开关直接控制 5生活中，电磁起重机能够快速吊运钢铁材料，其利用的电磁铁特性是【】 A磁性强弱可调节 B磁性有无可由电流通断控制 C磁极方向可改变 D有铁芯时磁性更强 6某同学用电磁继电器控制高压电路，下列设计思路合理的是【】 A控制电路使用高压电源，工作电路使用低压电源 B控制电路串联小灯泡，工作电路串联电磁铁 C电磁铁接在控制电路中，触点接在工作电路中 D控制电路和工作电路的电流大小相同 7关于电磁铁和电磁继电器的关系，下列说法错误的是【】 A电磁继电器是电磁铁的重要应用之一 B电磁铁是电磁继电器的核心工作部件 C两者的工作原理均基于电流的磁效应 D电磁继电器的磁性强弱可通过滑动变阻器调节 8某自动控制装置中，电磁继电器的控制电路由热敏电阻、电源和开关组成。温度升高时，热敏电阻阻值减小，电流增大。下列现象可能发生的是【】 A温度升高，电磁铁磁性减弱 B温度升高，工作电路断开 C温度降低，电磁铁磁性增强 D温度降低，工作电路断开 9结合上述科技小组的实验情景，回答下列问题： （1）实验中“插入铁芯后，吸引的大头针数量显著增加”，请解释这一现象的原因； （2）若要验证电磁铁磁性强弱与电流大小的关系，实验中需要控制哪些变量？如何改变电路中的电流大小？ （3）在电磁继电器探究实验中，为什么控制电路使用低压电源，工作电路使用高压电源？请说明理由。 10某同学设计了一个电磁继电器控制的自动浇水装置：装置包含控制电路和工作电路，控制电路由低压电源、湿敏电阻、开关和电磁继电器线圈组成；工作电路由高压电源、水泵和电磁继电器触点组成。湿敏电阻的特性是：土壤干燥时，电阻较大，电流较小；土壤湿润时，电阻较小，电流较大。当土壤干燥到一定程度时，水泵启动浇水；土壤湿润后，水泵停止浇水。结合该设计，回答下列问题： （1）请分析该自动浇水装置的工作原理（从土壤干燥到湿润的完整过程）； （2）若土壤干燥时，水泵未启动，请分析可能的故障原因（写出两种）； （3）该装置中，电磁继电器的作用是什么？体现了电磁继电器的哪些优势？ （七）答案解析 1答案：C解析：电磁铁由螺线管和铁芯组成，A错误；工作原理是电流的磁效应，不是电磁感应，B错误；电流通断控制磁性有无，C正确；铁芯采用软磁性材料，断电后磁性消失，D错误。 2答案：B解析：实验中控制其他条件不变，仅改变线圈匝数，匝数越多吸引大头针越多，说明其他条件相同时，线圈匝数越多磁性越强，B正确；A、D与现象矛盾，C实验未体现线圈匝数与电流的关系。 3答案：B解析：滑动变阻器在实验中的作用是改变电路中的电流大小，以探究磁性强弱与电流的关系，B正确；无法改变匝数、铁芯有无，A、C错误；实验中电源电压低，主要作用不是防短路，D错误。 4答案：C解析：控制电路和工作电路是独立电路，电源不同，A错误；控制电路核心是电磁铁，无需用电器，B错误；电磁铁在控制电路中，通过磁性控制衔铁运动，进而控制工作电路，C正确；工作电路通断由触点控制，不是手动开关，D错误。 5答案：B解析：电磁起重机吊运钢铁时通电产生磁性吸引钢铁，吊运到位后断电失去磁性释放钢铁，利用了磁性有无可由电流通断控制的特性，B正确；A、D是电磁铁特性，但不是核心应用原因，C与该应用无关。 6答案：C解析：电磁继电器应低压控制高压，A错误；电磁铁接在控制电路，工作电路接用电器，B错误、C正确；控制电路电流小，工作电路电流大，D错误。 7答案：D解析：电磁继电器的核心是电磁铁，但电磁继电器本身不调节磁性强弱，调节的是控制电路电流，进而改变电磁铁磁性，D错误；A、B、C均为正确关系。 8答案：D解析：温度升高，热敏电阻阻值减小，电流增大，电磁铁磁性增强，吸引衔铁使工作电路接通，A、B错误；温度降低，电阻增大，电流减小，磁性减弱，弹簧复位使工作电路断开，C错误、D正确。 9答案：（1）铁芯被磁化后会产生与螺线管磁场方向相同的磁场，两者叠加，使电磁铁的总磁场显著增强，因此吸引的大头针数量显著增加。（2）需要控制的变量：线圈匝数、有无铁芯；改变电流大小的方法：在控制电路中串联滑动变阻器，通过移动滑片改变滑动变阻器接入电路的电阻，进而改变电路中的电流大小。（3）控制电路使用低压电源是为了保障操作人员的安全，避免高压触电；工作电路使用高压电源是为了满足实际用电器（如实验中的小灯泡模拟的大功率设备）的工作需求；电磁继电器的核心优势是“以弱控强”，实现低压控制高压，兼顾安全与实用。 10答案：（1）工作原理：土壤干燥时，湿敏电阻阻值大，控制电路中电流小，电磁铁磁性弱，无法吸引衔铁，工作电路断开，水泵不浇水；随着水分蒸发，土壤逐渐干燥到一定程度，湿敏电阻阻值进一步减小，控制电路电流增大，电磁铁磁性增强，吸引衔铁，动触点与静触点接触，工作电路接通，水泵启动浇水；浇水后土壤湿润，湿敏电阻阻值增大，控制电路电流减小，电磁铁磁性减弱，弹簧拉动衔铁复位，工作电路断开，水泵停止浇水。（2）故障原因：①控制电路开关未闭合，电路无电流，电磁铁无磁性；②湿敏电阻损坏，即使土壤干燥，阻值仍很大，电流过小，电磁铁磁性不足；③电磁铁线圈断路，无法产生磁性；④衔铁被卡住，无法运动，工作电路无法接通。（写出两种即可）（3）作用：控制水泵的启动与停止，实现土壤干燥时自动浇水、湿润时自动停止的功能；优势：体现了“以弱控强”（低压控制高压）的优势，保障浇水装置操作安全；实现自动控制，无需人工值守，提升便利性。 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